灌溉方式與施氮量對鮮食玉米生育前期生長發育的影響

張旭，熊又升，謝媛圓，朱秀秀

灌溉方式與施氮量對鮮食玉米生育前期生長發育的影響

張旭1,2，熊又升1*，謝媛圓1,2，朱秀秀1,3

（1.湖北省農業科學院 植保土肥研究所，武漢 430064；2.華中農業大學 資源與環境學院，武漢 430070；3.長江大學 農學院，湖北 荊州 434025）

【】明確灌溉方式和施氮量對鮮食玉米生長發育的耦合效應，為湖北省秋季鮮食玉米優化栽培提供參考。設置灌溉方式、施氮量兩因素大田試驗，灌溉方式設3個處理，分別為常規灌溉（W1）、滴灌（W2）和噴灌（W3）；施氮量設3個水平，分別為不施氮（N0，0）、低氮（N90，90 kg/hm2）和高氮（N180，180 kg/hm2），研究了3種灌溉方式與施氮量對鮮食玉米生育前期生長和根系發育的影響。灌溉方式、施氮量均顯著影響鮮食玉米生育前期的植株生長、根系發育、養分吸收與利用，且兩因素對植株干質量、根系形態、氮磷鉀吸收量交互作用顯著。相同氮肥用量下，噴灌顯著促進鮮食玉米生育前期植株和根系生長、干物質累積和養分吸收。在鮮食玉米生育前期，噴灌處理的各生育指標均優于常規灌溉和滴灌，其地上部干質量比常規灌溉和滴灌高38.64%和40.84%，根系干質量高37.50%和45.68%，氮素吸收量高36.61%和28.83%，磷素吸收量高45.12%和40.28%，鉀素吸收量高45.34%和30.47%。相同灌溉條件下，施氮可以促進鮮食玉米生育前期植株和根系生長、干物質累積和養分吸收，各生育指標均以N180處理最高，N90處理次之，N0處理最低。灌溉方式、施氮量對鮮食玉米生育前期生長和根系發育有顯著的耦合效應，噴灌方式與施氮量180 kg/hm2可以增加植株干質量。秋季鮮食玉米生產過程中建議使用噴灌方式，促進鮮食玉米植株和根系生長，提高鮮食玉米的養分吸收能力。

鮮食玉米；生長；養分吸收；根系形態

0 引言

【研究意義】湖北省是我國鮮食玉米主產區。2019年湖北省鮮食玉米的種植面積為65 000 hm2左右，約占全省玉米種植面積的1/10，在全國鮮食玉米生產和供應中占有重要地位。湖北省秋季鮮食玉米種植通常采用雨養農業模式，一般不灌溉。降水不足導致的干旱脅迫是限制鮮食玉米生產的主要環境因素，常導致鮮食玉米受災減產。近5年除2017年降雨較多外，其余年份湖北省鮮食玉米生長季均遭遇不同程度的干旱[1-4]。干旱導致鮮食玉米播種和出苗受到極大影響，鮮食玉米減產受災狀況嚴重。研究顯示[5-6]，湖北省未來異常氣候增加趨勢明顯，干旱發生頻率將大幅增加。因此，急需加強秋季鮮食玉米抗旱的栽培與施肥技術研究以應對日益嚴重的干旱脅迫，保障高產穩產。【研究進展】鮮食玉米在整個生育期內，其生長速率表現出“慢-快-慢”的生長狀態，因此鮮食玉米干物質和養分積累過程也表現出S型曲線的變化規律。生育前期是鮮食玉米生長發育的關鍵時期，此階段對水分和養分需求量非常高，生育前期干旱脅迫將顯著影響鮮食玉米的產量[7-8]。一些研究人員采用噴灌、滴灌等灌溉技術來保證鮮食玉米生育期內的水分需要[9-10]。施用氮肥是促進鮮食玉米生長和獲得高產的重要措施，但湖北省鮮食玉米生產中農戶普遍過量施氮，極易造成鮮食玉米減產、氮素損失及環境污染[11-12]。已有研究[13-14]顯示，合理施氮可以促進作物根系生長，提高根系活力和水肥吸收能力，增強植株抗性。但是，不同灌溉條件下施氮量可能發揮不同的作用。可見，灌溉方式和施氮量對作物的生長發育具有復雜的交互作用，通過合理的灌溉和施氮調控發揮其耦合效應是促進作物生長發育、提高作物產量的重要技術途徑。【切入點】氮肥結合灌溉方式，采取滴灌與噴灌的方式來提高鮮食玉米產量和質量的研究成為了當前鮮食玉米栽培中的研究熱點，但針對生育前期的研究還相對較少。【擬解決的關鍵問題】本研究通過設置大田試驗，研究不同灌溉方式與施氮量條件下鮮食玉米生育前期植株的生長發育、根系生長狀況、養分吸收與利用狀況，為節水節肥技術在農業生產中的合理利用和鮮食玉米優質高產栽培技術提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗地點位于湖北省鄂州市源豐家庭農場（東經114°69′90.6"，北緯30°42′17.4"），屬于亞熱帶季風氣候區，年均氣溫17.2 ℃，2020年試驗區鮮食玉米生育前期日平均氣溫和降水量如圖1所示。土壤類型為潮土，有機質量15.97 g/kg，堿解氮量102.1 mg/kg，有效磷量81.1 mg/kg，速效鉀量167 mg/kg，土壤pH值6.76。

圖1 2020年試驗區鮮食玉米生育前期日平均氣溫和降水量

1.2 試驗設計

田間試驗采用裂區設計，設置灌溉方式和氮肥施用量2個因素，以灌溉方式為主因素，施氮量為副因素。灌溉模式設置常規灌溉（W1）、滴灌（W2）和噴灌（W3）3種，不同灌溉方式灌水方案如表1所示，常規灌溉處理為傳統溝灌，滴灌處理采用農用滴灌帶，滴孔相距10 cm，呈上下交錯“W”型分布，滴頭流量為2.23 L/h，滴灌帶鋪設于小壟中間，噴灌采用吊懸微噴設計，噴頭相距50 cm，噴頭流量為44.55 L/h，噴頭吊懸在小壟上方；施氮量設置3個水平，分別為0（N0）、90（N90）、180（N180）kg/hm2。磷肥用量為45 kg/hm2，鉀肥用量為90 kg/hm2。供試肥料為氮磷鉀單質肥料，氮肥選用普通尿素（N≥46%），磷肥選用過磷酸鈣（P2O5≥16%），鉀肥選用氯化鉀（K2O≥60%），肥料在播種時根據不同用量采用穴施的方式1次性施入，并在施肥后填土覆蓋。

表1 鮮食玉米生育前期不同灌溉方式灌水方案

供試的鮮食玉米品種為金中玉，于2020年8月2日播種。采取寬窄行栽培種植，帶溝廂寬120 cm，寬行70 cm，窄行50 cm，株距30 cm，每小區種植4行，每行種植19株，種植密度為4.95萬株/hm2。鮮食玉米生育前期降水量為44.1 mm。小區面積2.7×6.0=16.2 m2，每個處理3個重復，共27個小區，各處理小區重復之間隨機排列。為防止養分相互滲透，小區與小區之間設置0.7 m寬的保護行，試驗田外圍設置1 m寬的保護行。

1.3 測定項目

分別于鮮食玉米拔節期（8月27日）、大喇叭口期（9月8日），每個小區選取有代表性的連續5株植株，在田間用葉綠素儀測定最上部展開葉的，然后從底部切下帶回試驗室，測定株高（由莖基部量至最高葉尖），然后剪短后于105 ℃烘箱中殺青30 min，70 ℃下烘干至恒質量后，測定樣品干質量；干燥后的樣品用粉碎機粉碎，H2SO4-H2O2消煮，采用凱氏定氮法測定全氮，采用鉬銻抗比色法測定全磷，采用火焰光度計法測定全鉀，并計算氮素、磷素和鉀素的吸收量[15]。每個小區選取5株代表性的植株，以植株為中心挖掘1/2行距×1/2株距范圍、深度40 cm土體內的所有根系，將土和雜質去除，測定根系鮮質量，然后用根系掃描儀（加拿大Regent公司）掃描，而后使用WinRhizo根系分析系統分析根長、表面積、體積等指標。掃描后將根系樣品于70 ℃下烘干，測定根系干質量。

1.4 數據處理

試驗數據采用Excel 2019軟件進行計算，采用SPSS 25.0軟件進行雙因素方差分析。用LSD法比較處理間在=0.05、=0.01水平上的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 鮮食玉米生育前期株高和SPAD

如表2所示，施氮量對鮮食玉米生育前期株高和值有顯著影響，灌溉方式對拔節期的株高和以及大喇叭口期的株高有顯著影響，兩因素交互作用對拔節期株高和大喇叭口期有顯著影響。低氮脅迫抑制了玉米生育前期植株生長，試驗中N0處理和N90處理的株高顯著低于N180處理。施氮量對鮮食玉米的增幅在不同灌溉模式下存在明顯差異，在噴灌條件下增幅最高，常規灌溉和滴灌均降低了氮肥的施用效果，滴灌的效果最差。可見，施氮量的多少對鮮食玉米株高和的影響在不同灌溉模式下存在顯著差異，在氮肥充足的條件下，噴灌處理的鮮食玉米株高最高，噴灌處理增強了氮肥的施用效果。

表2 鮮食玉米生育前期株高和SPAD

注 方差分析結果中，*、**和***分別表示處理間在=0.05、=0.01和=0.001水平上存在顯著差異，ns表示差異不顯著（＞0.05）。同一灌溉方式下，不同小寫字母表示施氮量間差異顯著；同一施氮量下，不同大寫字母表示灌溉方式間差異顯著。下同。

2.2 鮮食玉米生育前期地上部和根系干質量

灌溉方式對鮮食玉米生育前期植株的地上部和根系干質量以及拔節期的根冠比有顯著影響，施氮量對鮮食玉米生育前期植株的地上部和根系干質量有顯著影響，兩因素對拔節期地上部干質量和大喇叭口期根系干質量表現出顯著交互作用（表3）。3種灌溉方式中，噴灌處理的地上部和根系干質量最高，而根冠比最低。施氮量的增加顯著提高所有灌溉方式下植株的地上部干質量。施氮量的增加對鮮食玉米的根系干質量也有顯著的促進作用。在鮮食玉米拔節期W1條件下，N90處理相對于N0處理的根冠比增加，鮮食玉米大喇叭口期W3條件下，N90處理和N180處理相對于N0處理的根冠比增加，其余條件下，隨著施氮量的增加，根系干質量的增幅低于地上部干質量，根冠比明顯下降。結果表明，在鮮食玉米生育前期植株干物質累積和分配對施氮量的響應受施氮量條件的顯著影響，在足量施氮條件下噴灌措施可以在較高植株干質量的情況下減少根冠比降幅。

表3 鮮食玉米生育前期地上部和根系干質量

2.3 鮮食玉米生育前期根系形態

施氮量顯著影響玉米生育前期的根系形態，灌溉方式對根系形態影響不明顯，兩因素未表現出顯著的交互作用（表4）。拔節期根長、表面積和根體積以W3N180處理最高，W2N0處理最低，大喇叭口期，W3N180處理根長、表面積和根體積以最高，W1N0處理最低。總體上，隨著施氮量的增加，根長、根表面積和根體積等指標也相應增加。不同灌溉模式下根系生長對施氮量的響應存在顯著差異，3種灌溉模式下根系的根長、根表面積和根體積，以W3處理最高，W1處理次之，W2處理最低，說明噴灌方式有利于鮮食玉米生育前期的根系生長。

表4 鮮食玉米生育前期根系形態

2.4 鮮食玉米生育前期養分吸收與利用

灌溉方式和施氮量均顯著影響玉米生育前期植株的養分吸收量，且兩因素對養分吸收量表現出顯著的交互作用（表5）。所有灌溉方式和施氮量組合處理中，以W3N180處理的植株養分吸收量最高，拔節期和大喇叭口期氮吸收量為15.44和47.76 kg/hm2，磷吸收量為1.60和5.61 kg/hm2，鉀吸收量為15.98和49.57 kg/hm2。總體上，隨著施氮量的增加，養分吸收量也相應增加。3種灌溉模式下的植株養分吸收量，W3處理最高，W2處理次之，W1處理最低，說明噴灌模式有利于鮮食玉米生育前期的植株養分的吸收。可見，在鮮食玉米生育前期植株養分吸收對施氮量的響應受施氮量條件的顯著影響，在足量施氮條件下噴灌措施可以促進鮮食玉米植株養分的吸收。

表5 鮮食玉米生育前期植株養分吸收量

3 討論

鮮食玉米是需水量較多的作物，水分是鮮食玉米生長過程中消耗最多的物質，鮮食玉米采收期果穗質量的60%～75%由水組成[16-18]。加上鮮食玉米的特殊生境條件，灌溉控制顯得尤為重要。灌溉方式不但影響鮮食玉米的土壤水分狀況，而且還會影響肥、氣、熱等其他生長條件，進而造成鮮食玉米生長的差異[19-20]。研究表明，噴灌和滴灌等灌溉方式可為作物生長創造良好的水、肥、氣、熱環境，使作物根區土壤保持疏松和最佳含水狀態，促進作物的生長發育[21-22]。魏子涵等[23]研究表明，在灌溉定額相同時，不同的節水灌溉方式對玉米植株生長有顯著影響，在整個生長期內，玉米生物量膜下滴灌高于噴灌，噴灌高于低壓管灌。魏育國等[24]研究表明，滴灌、噴灌和漫灌3種灌溉方式中，滴灌最有利于玉米干物質積累和養分吸收。本研究表明，在相同的灌水定額情況下，3種灌溉方式中，噴灌處理的鮮食玉米生育前期的植株生長、干物質累積和養分吸收要優于滴灌和常規灌溉。這與以往作物不同灌溉方式的研究有較大差別，一方面是由于鮮食玉米為葉面積較大的植物，與常規灌溉和滴灌相比，噴灌處理更能提高葉片的水分吸收效率，促進鮮食玉米的生長發育和養分吸收，另一方面由于本試驗區土壤偏黏，滴灌和常規灌溉導致土壤透氣性不佳，影響鮮食玉米根系生長，進而影響鮮食玉米植株的生長發育和養分吸收。

根系是作物吸收水分、養分的主要器官，其數量、生物量大小反應作物吸收養分的能力。在本試驗中，噴灌處理的鮮食玉米根干質量、根長、根表面積和根體積高于滴灌處理和常規灌溉處理。這是由于噴灌采用吊懸微噴設計，噴頭位于鮮食玉米上方，與土壤距離較遠，水分在空氣中有所損失。相同灌水量條件下，與滴灌和常規灌溉相比，噴灌處理的土壤較干燥，根據“水長苗，旱長根”原則，噴灌處理的作物根系生長狀況較好，這與魏育國等[22]研究一致。

合理施用氮肥是促進作物生長發育和養分吸收的關鍵，已有研究表明，玉米株高與施氮量呈正相關[25]，增施氮肥可促進玉米根系生長發育，促進作物對養分的吸收，提高作物的干物質和養分積累量[26-28]。本研究中，3種灌溉方式下，高氮（N180）處理顯著促進了鮮食玉米生育前期的植株和根系生長，提高了鮮食玉米生育前期的株高、根長、根表面積、根體積，增加了光合物質積累，使鮮食玉米干物質量和氮磷鉀養分累積量明顯增加，而低氮（N90）處理和不施氮處理不能滿足玉米的正常生長。

在干旱缺水背景下，采用噴灌方式并足量施氮能促進鮮食玉米的生長發育，由于試驗進行周期和時間短，還不能精確的反應作物全生育期的生長狀況，希望研究人員在今后的研究中進一步探討。

4 結論

1）灌溉方式、施氮量和二者的交互作用對鮮食玉米生育前期氮磷鉀養分吸收的影響達到顯著水平。

2）在鮮食玉米生育前期，相同施氮量條件下，噴灌處理的各生育指標均優于常規灌溉和滴灌，其地上部干質量比常規灌溉和滴灌高38.64%和40.84%，根系干質量高37.50%和45.68%，氮素吸收量高36.61%和28.83%，磷素吸收量高45.12%和40.28%，鉀素吸收量高45.34%和30.47%；相同灌溉方式下，增加施氮量可以顯著促進鮮食玉米植株和根系的生長發育，各生育指標均以N180處理最高，N90處理次之，N0處理最低。

3）湖北省鮮食玉米生產中，建議使用噴灌方式并施用氮肥180 kg/hm2，以促進鮮食玉米植株和根系生長，提高植株養分吸收量。

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Irrigation and Nitrogen Application Affect Early-stage Growth and Development of Fruit Corn

ZHANG Xu1,2，XIONG Yousheng1*，XIE Yuanyuan1,2，ZHU Xiuxiu1,3

(1. Plant Protection and Soil Fertilizer Institute, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064, China;2. College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China;3. College of Agriculture, Yangtze University, Jingzhou 434025, China)

【】Autumn droughts have become increasingly frequent in Hubei province in recent years resulting in water stress for fruit corn growth. The purpose of this paper is to investigate how irrigation and nitrogen (N) fertilization combine to affect early-stage growth and development of the corn.【】The field experiment was conducted in 2020; it consisted of three irrigation treatments: conventional irrigation (W1), drip irrigation (W2) and sprinkler irrigation (W3); and three nitrogen fertilizations: no nitrogen application (N0), low nitrogen application of 90 kg/hm2(N90), and high nitrogen application 180 kg/hm2(N180). In each treatment, we measured the change in root and shoot traits, as well as acquisition of phosphorus (P), potassium (K) and N by the plant.【】Irrigation and nitrogen application both showed significant impact on plant growth, root development, absorption and utilization of P and K. When nitrogen fertilization was the same, sprinkler irrigation significantly promoted shoot and root growth, dry matter accumulation, nutrient absorption and growth traits. Compared with conventional and drip irrigation, it also increased the above-ground dry weight by 38.64% and 40.84%, root dry weight by 37.50% and 45.68%, N absorption by 36.61% and 28.83%, P absorption by 45.12% and 40.28%, and P absorption by 45.34% and 30.47%, respectively. When the irrigation method was the same, N application promoted growth of both shoots and roots, in addition to the increased dry matter accumulation and nutrient absorption. Among all fertilizations, N180 fertilization gave the highest growth indices, followed by N90.【】Irrigation and nitrogen application had a significant coupling-effect on growth of the shoots and roots of the fruit corn during its early growth stage. Our results revealed that sprinkler irrigation combined with 180 kg/hm2of N fertilization can increase plant dry weight and is hence suggested as an improved agronomic management for fruit corn production in Hubei province.

fruit corn; plant growth; nutrient absorption; root morphology

1672 - 3317（2021）12 - 0054 - 07

S513

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021047

張旭, 熊又升, 謝媛圓, 等. 灌溉方式與施氮量對鮮食玉米生育前期生長發育的影響[J]. 灌溉排水學報, 2021, 40(12): 54-60.

ZHANG Xu, XIONG Yousheng, XIE Yuanyuan, et al. Irrigation and Nitrogen Application Affect Early-stage Growth and Development of Fruit Corn[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(12): 54-60.

2021-02-01

湖北省重點研發計劃項目（2020BBB082）

張旭（1995-），男。碩士研究生，主要從事鮮食玉米養分高效利用研究。E-mail: 1262350234@qq.com

熊又升（1963-）。研究員，主要從事土壤改良與作物養分協同技術和新肥料研發研究。E-mail: yshxiong@126.com

責任編輯：趙宇龍